Как вы можете изобразить плоскую схему расположения атомов в германии Ge и объяснить механизм собственной проводимости?

Для изображения плоской схемы расположения атомов в германии (Ge) нужно представить кристаллическую решетку данного материала. Германий относится к группе атомов с кубической решёткой, но мы рассмотрим его в фазе с халькогенидной решеткой, так как это более простая схема для наглядности.

Халькогенидная решетка германия имеет кубическую кристаллическую ячейку, в которой каждый атом германия окружён четырьмя атомами других элементов. При этом атомы германия образуют связи с атомами, которые находятся на углах куба.

Теперь перейдем к объяснению механизма собственной проводимости. Собственная проводимость в полупроводниках, таких как германий, обусловлена наличием свободных электронов в зоне проводимости и возможностью перехода электронов из валентной зоны энергии в зону проводимости под воздействием определенной энергии (энергии активации).

В германии механизм собственной проводимости пропорционален температуре. То есть, с увеличением температуры, количество свободных электронов в зоне проводимости увеличивается, что способствует повышению электропроводности полупроводника.

Отлично! Теперь перейдем к рассмотрению природы примесной электронной проводимости и примесной дырочной проводимости.

Примесная электронная проводимость возникает при добавлении в кристалл полупроводника, такого как германий, элементов с большим количеством электронов в своей валентной оболочке (например, индия - In). Электроны, находящиеся в валентной зоне энергии уровня примесного атома, способны переходить в зону проводимости полупроводника, что увеличивает электропроводность.

Примесная дырочная проводимость, напротив, возникает при добавлении в кристалл полупроводника элементов с меньшим количеством электронов в своей валентной оболочке (например, галлия - Ga). В таком случае, в зоне проводимости формируются "дырки" или отсутствие электронов на местах примесей. Эти дырки могут перемещаться в кристалле и вызывать проводимость.

Теперь давайте рассмотрим тип проводимости германия (Ge) с примесью индия (In). Поскольку индий обладает большим количеством электронов в своей валентной оболочке, он добавляет в зону проводимости германия свободные электроны. Таким образом, проводимость становится примесно-электронной.

Аналогично, рассмотрим тип проводимости германия (Ge) с примесью галлия (Ga). Галлий имеет меньше электронов в своей валентной оболочке, поэтому он способствует образованию дырок в зоне проводимости германия. В данном случае, проводимость будет примесно-дырочной.

Теперь перейдем к говорить о кремнии (Si) с примесью мышьяк-4А (As). На самом деле, эта же примесь приводит к примесно-дырочной проводимости, так как мышьяк имеет на один электрон больше в своей валентной оболочке по сравнению с кремнием. Излишек электронов в валентной зоне мышьяка создает дырки в зоне проводимости кремния.

Наконец, рассмотрим тип проводимости алюминия. Алюминий является металлом и обладает электронной проводимостью из-за наличия большого количества свободных электронов в своей валентной оболочке. Поэтому проводимость алюминия будет электронной.